Abgassystemkomponenten: Emissionsreduzierung im effizienten Heizsystem

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1 Abgassystemkomponenten: Emissionsreduzierung im effizienten Heizsystem Dipl.-Ing. (FH) Dirk Böhringer Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e. V.

2 Agenda Portrait BDH Beispiele für Luftverschmutzungen Gesetzliche Grundlagen Unterscheidung der Staubemissionen Primär- und Sekundärmaßnahmen zur Partikelabscheidung Verschiedene Verfahren zur Staubreduktion Verfügbare Systeme zur Staubminderung Ausblick und Schlusswort

3 BDH: Verband für Effizienz und erneuerbare Energien

4 Beispiele Notwendigkeit: Reduktion von Feinstaubemissionen!

5 Beispiel Peking 25 µg/m³ Feinstaub über 24 Stunden sind für die WHO unbedenklich. In Peking wurden am Samstag 14. Januar 2013 unfassbare 993 µg/m³ gemeldet und erstmals die zweithöchste Alarmstufe Orange ausgerufen. Bild: Zeit Der Schadstoffausstoß einiger Fabriken wurde daraufhin reduziert, für einen Teil der Behördenautos galten Fahrverbote. Nach dem Notfallplan wurden auch Freiluftaktivitäten von Grund- und Mittelschülern in extrem belasteten Stadtteilen der 20-Millionen-Metropole vorerst ausgesetzt. Montag, 14. Januar 2013 von apa/red - 01

6 Beispiel Staubemissionen Osterfeuer 2002 Quelle: nur-im-vest.de

7 Gesetzliche Grundlagen in Deutschland PM10-Grenzwert 50 µg/m³ innerhalb von 24 Stunden max. 35 Überschreitungen/Jahr 40µg/m³ mittlere 24h Konzentration pro Kalenderjahres Probenahme gemäß EN 12341:1999 PM2,5-Ziel- bzw. Grenzwert (ab 1. Januar 2015) Grenzwert: 25µg/m³ mittlere Konzentration pro Kalenderjahr die Toleranzmarge beträgt 5 µg/m³ (2009!) Sie vermindert sich ab dem 1. Januar 2009 jährlich um ein Sechstel bis auf den Wert 0 zum 1. Januar 2015 Probenahme gemäß EN 14907:2005 Zusätzlich ab 1. Januar 2015: Der Indikator für die durchschnittliche PM2,5-Exposition wird vom UBA berechnet und darf den Wert von 20 µg/m³ nicht mehr überschreiten.

8 Gesetzliche Grundlagen Warum Entstaubung bei Kleinfeuerungsanlagen? Feinstäube stehen im Verdacht gesundheitliche Schäden zu verursachen Die wachsende Nutzung biogener Brennstoffe würde zu einem starkem Anstieg der Staubemissionen führen Die EU Feinstaubrichtlinie zwingt den Gesetzgeber zum Handeln Die Anforderungen der 1.BImschV macht wirkungsvolle Maßnahmen zur Senkung der Staubemissionen aus Feuerungsanlagen erforderlich

9 Verursacher der PM10-Feinstaubbelastung Produktionsprozesse 30% Güterumschlag 5% Land-, Forst- u. Bauwirtschaft 13% Verkehr 20% Übrige 9% Kraft- u. Heizwerke 11% Kleinfeuerungsanlagen 12% Quelle: Uni. Stuttgart Prof. Dr.-Ing. R. Friedrich

10 Bestehende Anforderungen in Deutschland für Feuerungsanlagen für Festbrennstoffe Legende Brennstoffe nach 3 Abs. 1 1 bis 3a Kohle, Koks, Torf, Holzkohle 4 und 5 Stückholz, Sägemehl 5a Pellets nach DIN bis 7 beschichtetes Holz, Sperrholz 8 Stroh 9 Heizöl nach DIN Gas 11 Klärgas 12 Andere Gase 13 Sonstige nachwachsende Rohstoffe Übergangsregelung Zeitpunkt der Errichtung bis einschließlich bis einschließlich bis einschließlich Zeitpunkt der Einhaltung der Grenzwerte 1. Januar Januar Januar 2025

11 Änderungen der 1. BImSchV zum 1. Januar 2015 Heizkessel, die mit Holz heizen und vor dem 1. Januar 1995 errichtet wurden, müssen ab Anfang 2015 die Emissionsgrenzwerte der Stufe 1 einhalten. Das gilt auch für Kamine, Kachelöfen und Pelletöfen, die zum Heizen einzelner Räume eingesetzt werden und vor dem 1. Januar 1975 errichtet wurden. Für Öfen, die zwischen dem 1. Januar 1975 und dem 21. März 2010 errichtet wurden, gelten spezielle Übergangsfristen. Auch Heizkessel, etwa Pelletheizungen, die zwischen dem 1. Januar 1995 und dem 21. März 2010 in Betrieb genommen wurden, sind darin berücksichtigt. Die Fristen laufen je nach Baujahr zwischen 2017 und 2025 aus. Öfen und Kessel, die nach dem 22. März 2010 eingebaut wurden, können unbegrenzt weiter genutzt werden. Ausnahmen: Um das Gesetz sozialverträglich zu machen, sind Öfen und Kamine, die die einzige Heizmöglichkeit einer Wohneinheit sind, historische Öfen, Herde, Badeöfen, offene Kamine und handwerklich vor Ort gesetzte Grundöfen von der Nachrüstungs- bzw. Austauschpflicht ausgenommen.

12 Unterteilung der Staubemissionen nach Größe

13 Größenverhältnisse PM 10 und PM 2,5 im Größenvergleich zum menschlichen Haar

14 Emissionen bei Biomasse-Feuerungsanlagen Feste Brennstoffe enthalten erheblich mehr Anteile an anorganischen Elementen (Aschebildner) als flüssige und gasförmige Prinzipielle Einteilung der Emissionen in zwei Kategorien: 1. Fraktion = grobe Partikel 2. Fraktion = Aerosole 0,2 µm Abb.: Feinund Grobstaub- Partikel stark vergrößert 20 µm

15 Erste Fraktion: grobe Partikel Grobe Partikel werden z.t. mit dem Rauchgas ausgetragen Das Verteilmaximum liegt im Bereich zwischen 30 u. 70 µm Aschenbildner sind: Si, Mg, Ca, u. K als Oxide und Sulfate Abb.: Größen- und Mengenerteilung von Staubemissionen

16 Zweite Partikelfraktion: die Aerosole Bildung durch Kondensation in der Gasphase ca. 90 % der Feinstaubemission aus Biomasse-Feuerungsanlagen sind PM 10-Partikel Aerosolbildung in Biomasse-Feuerungen (Grobszenario) 1. Trocknungsphase (Strahlungsenergie aus Feuerraum) 2. Pyrolyse/Verdampfungsphase (Unterscheidung in brennbare Bestandteile wie: Wasserstoff, Kohlenmonoxid u. Kohlenwasserstoffe) sowie anorganische und flüchtige Komponenten wie: K, Na, S, Cl und leicht flüchtige Schwermetalle wie: Zn, Pb, und Cd 3. Ausbrand bzw. Gas-Fest-Phasenreaktionen Weitere Freisetzung von anorganischen Komponenten

17 Je feiner, desto gemeiner!

18 Primär- und Sekundärmaßnahmen Primärmaßnahmen Weiterentwicklung der Verbrennungstechnologie und Weiterentwicklung der Brennraumgeometrien Vermeiden von Betreiberfehlern durch prozessor- und sensorgeführte Abbrandregler mit kontrollierter Verbrennungslüftführung Sekundärmaßnahmen Reduktion der Feinstaubemissionen mittels der Verbrennung nachgeschalteter Maßnahmen wie z.b. Rauchgaswäsche, elektrische/elektrostatische Abscheider, Nachverbrennung, Gewebefilter, Katalysatoren, Partikelfilter usw.

19 Verschiedene Verfahren zur Staubminderung Im Bereich der Kleinfeuerungsanlagen stehen folgende Entstaubungsverfahren zur Verfügung Fliehkraftabscheider Filternde Abscheider Elektrostatische Abscheider Abgaskondensatoren Abgaswäscher Abgaskatalysatoren

20 Verschiedene Verfahren zur Staubminderung Fliehkraftabscheider - Zyklon Vorteile Geringe Kosten bei Investition und Betrieb Temperaturbeständig Nachteile Geringe Abscheideleistung bei Feinstäuben Abscheidung Geschwindigkeitsabhängig

21 Verschiedene Verfahren zur Staubminderung Filternder Abscheider - Gewebefilter Vorteile Höchste Abscheideleistung Nachteile Hohe Investitionskosten Hohe Betriebskosten Hoher Druckverlust Teilweise Beheizung erforderlich

22 Verschiedene Verfahren zur Staubminderung Elektrostatischer Abscheider Trocken-Elektrofilter Vorteile Geringe Betriebskosten Temperaturbeständig Hohe Abscheideleistungen Nachteile u.u. Hohe Investitionskosten

23 Funktion des Partikelabscheiders

24 Verschiedene Verfahren zur Staubminderung Abgaskondensator Abgas Vorteile Geringe Betriebskosten Mögliche Einsparung durch Wärmerückgewinnung Umlenkung Nachteile Hohe Investitionskosten Niedrige Abscheideleistungen Abscheideleistung hängt stark von der Rücklauftemperatur ab Heizwasser Spülwasser Heizwasser Kondensat

25 Verschiedene Verfahren zur Staubminderung Abgaswäscher Vorteile Minderung weiterer Luftschadstoffe wie HCl, SO 3, etc. Mögliche Einsparung durch Wärmerückgewinnung Nachteile Hohe Betriebskosten Niedrige Abscheideleistungen bei Feinstäuben Hoher apparativer Aufwand Kondensatentsorgung

26 Verfügbare Systeme zur Staubminderung OekoTube - Feinstaubfilter über Dach

27 Verfügbare Systeme zur Staubminderung OekoTube, Oekosolve AG (CH)

28 Verfügbare Systeme zur Staubminderung Airjekt 1, Kutzner und Weber (D) Elektrostatischer Partikelabscheider zu Montage im Edelstahl Schornsteinsystem bis 50 kw Feuerungsleistung Durchschnittlicher Stromverbrauch: <15W Abscheidegrad: 50-90%, Zulassung durch DIBT erteilt Manuelle Reinigung durch Auskehren am Markt verfügbar

29 Verfügbare Systeme zur Staubminderung U-Filter, Schräder (D) Elektrostatischer Partikelabschneider Für aller Holzfeuerungen geeignet bis 180 kw; bei Parallelschaltung darüber hinaus Leistungsaufnahme max. 75 W Nachrüstbar Verschleiß- und wartungsarm Autom. Filterreinigung Hoher Abscheidegrad bis 70 % Abwasser wird in einer Sedimentierbox gesammelt, wo sich die Sedimente absetzen, bevor das Abwasser in die Kanalisation geleitet wird. am Markt verfügbar

30 Verfügbare Systeme zur Staubminderung AL-Top, Schräder Abgastechnologie (D) Durchschnittlicher Stromverbrauch: < 25W Abscheidegrad: 60-93%, durchschnittlich 80% Einsatz bei Neubau und Nachrüstung Redundante Filterüberwachung Geringer Druckverlust Einsatzbereich bis 1,2 MW Automatischer Bypass im Lieferumfang enthalten am Markt verfügbar

31 Verfügbare Systeme zur Staubminderung Hark ECOplus-Technik (D) Vorteile lt. Hersteller: Bis zu 40% geringerer Brennstoffverbrauch (im Vergleich zu herkömmlichen Feuerstätten des Herstellers) Erheblich gesteigerte Strahlungswärme Wirkungsgrad % Rußabweisende, keramische Feuerraumauskleidung

32 Verfügbare Systeme zur Staubminderung Katalysator zur Staubminderung (FIRECAT ) (D) Der Katalysator wird im Abgasstrom platziert und wandelt bei genügend hohen Temperaturen, Produkte einer unvollständigen Verbrennung um (Katalyse) Neben der Umwandlung von gasförmigen Schadstoffen werden auch unvollständig oxidierte Partikel im Katalysator nach- verbrannt 90 % Reduktion der schädlichen Emissionen Der Abgaskatalysator wird zurzeit ausschließlich direkt vom Produzenten in neue Feuerstätten eingebaut Für die Reinigung kann der Abgaskatalysator entfernt und mit Wasser gewaschen werden (Reinigung mit Druckluft/Druckwasser verboten) Maße: ca. 100 x 100 x 100 mm am Markt verfügbar

33 Verfügbare Systeme zur Staubminderung System zur Wärmerückgewinnung und Brennwertnutzung Schräder GWT-Glattrohrwärmetauscher (D) Vorteile: Nutzung moderner Brennwerttechnik auch bei Biomasse möglich Nachrüstbar ermöglicht Leistungssteigerung bis 20% Sicher und langlebig Einfache Installation Maßgeschneidert für die Anlagen Optional: integrierte Reinigungsdüsen am Markt verfügbar

34 Verfügbare Systeme zur Staubminderung ÖkoCarbonizer, Bschor GmbH (D) Abgaskondensator Selbstreinigung durch Kondensat Energieeinsparung durch Wärmerückgewinnung Am Markt verfügbar

35 Folie 35 Verfügbare Systeme zur Staubminderung Pellet-Brennwertkessel ÖkoFen (AT) Wärmegewinn lt. Hersteller: 10% bis 15%

36 Ausblick Die zunehmende Nutzung von Holz und Kohle in ungeregelten nicht dem Stand der Technik entsprechenden - Einzelöfen führt zur wesentlichen Steigerungen der Feinstaubemissionen Der Austausch alter Feuerstätten gegen moderne und emissionsarme Pellet- und Holzheizkessel ist das größte Staub-/Feinstaub- Minderungspotenzial

37 Erfahrungen aus der Praxis Der Staubabscheider ist korrekt einzusetzen Staubabscheider können nicht die Probleme schlecht eingestellter oder gewarteter Feuerungen lösen Brennstoffe müssen für die Feuerung und der Filter vom Hersteller freigegeben sein

38 Schlusswort Es erscheint weiterhin geboten, dass sowohl primär- als auch sekundärseitig Technologien zur weiteren Staub-/Feinstaubreduktion entwickelt bzw. weiterentwickelt und verstärkt am Markt angeboten und eingesetzt werden!

39 Schlusswort Technologie Beschreibung Effizienz und Wärmekomfort Verbrennungsregelung Windhager: UleWIN Technologie

40 Schlusswort China bekämpft den Smog Kanone gegen die Luftverschmutzung Die zehn Tonnen schwere Maschine hat pro Ladung eine Reichweite von bis zu 600 Metern und verteilt den Wasserdampf bis zu 70 Meter in die Höhe. 75 Minuten kann sie ohne Pause laufen. Quelle: Pressemitteilung OH! WOW Das Online-Magazin zum Staunen

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Thank you for your attention Referent Dipl.-Ing.(FH) Dirk Böhringer Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e. V. BDH